2023-2024学年高二下学期物理竞赛教学设计：热力学第一定律

2023-2024学年高二下学期物理竞赛教学设计：热力学第一定律课题：科目：班级：课时：计划1课时教师：单位：一、教学内容本节课的教学内容来自于人教版高中物理选修3-3，即“热力学第一定律”。该章节主要内容包括：

1.热力学第一定律的表述：能量不能被创造或消灭，只能从一种形式转化为另一种形式，在转化或转移过程中，能量的总量保持不变。

2.内能的概念：物体内部所有分子热运动的动能和分子势能的总和。

3.做功和热传递对内能的影响：做功可以改变物体的内能，做功的过程就是能量转化的过程；热传递是能量从一个物体转移到另一个物体的过程。

4.热力学第一定律的应用：物体内能的改变可以通过做功和热传递来实现，且在实现能量转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。二、核心素养目标本节课的核心素养目标包括：

1.物理观念：使学生理解能量守恒的概念，建立能量守恒的物理观念。

2.科学思维：通过探究热力学第一定律，培养学生的逻辑思维能力、批判性思维能力和创新思维能力。

3.科学探究：培养学生运用实验方法探究热力学第一定律的能力，提高学生的实验操作能力和数据分析能力。

4.科学态度与责任：培养学生对物理学习的热情和兴趣，培养学生的团队协作精神和社会责任感。三、学习者分析1.学生已经掌握了哪些相关知识：学生在之前的课程中已经学习了力学、热学等相关基础知识，对能量守恒定律、内能的概念等有所了解。他们已经能够运用这些知识解释一些简单的热现象。

2.学生的学习兴趣、能力和学习风格：高二的学生对物理学科整体兴趣较高，尤其是对实验和实践环节较为感兴趣。他们的逻辑思维能力和分析问题的能力较强，但可能在热力学这一抽象领域遇到一定挑战。在学习风格上，他们更倾向于通过实验和实际操作来理解抽象概念。

3.学生可能遇到的困难和挑战：在理解热力学第一定律时，学生可能会对能量守恒的微观解释和宏观表现产生困惑。他们可能难以理解内能的概念以及做功和热传递对内能的影响。此外，将理论知识应用于实际问题解决的能力也是学生需要提高的方面。四、教学方法与策略1.选择适合教学目标和学习者特点的教学方法：本节课将采用讲授法、讨论法和实验法相结合的方式进行教学。讲授法用于解释热力学第一定律的理论和内能的概念；讨论法用于引导学生探究做功和热传递对内能的影响；实验法用于验证热力学第一定律的应用。

2.设计具体的教学活动：首先，通过引入实际案例，引发学生对热力学第一定律的思考。接着，引导学生进行小组讨论，共同探究做功和热传递对内能的影响。随后，组织学生进行实验，观察和记录实验现象，验证热力学第一定律。最后，进行角色扮演，让学生模拟科学家发现热力学第一定律的过程，增强学生对知识的理解和记忆。

3.确定教学媒体使用：本节课将使用多媒体课件、实验器材和热力学模拟软件等教学媒体。多媒体课件用于展示理论知识，实验器材用于进行实际操作，热力学模拟软件用于辅助学生理解和验证热力学第一定律。通过多种教学媒体的运用，提高学生的学习兴趣和参与度，促进学生对热力学第一定律的理解和应用。五、教学过程设计1.导入新课（5分钟）

目标：引起学生对热力学第一定律的兴趣，激发其探索欲望。

过程：

开场提问：“你们知道什么是热力学第一定律吗？它与我们的生活有什么关系？”

展示一些关于热力学第一定律的图片或视频片段，让学生初步感受热力学第一定律的魅力或特点。

简短介绍热力学第一定律的基本概念和重要性，为接下来的学习打下基础。

2.热力学第一定律基础知识讲解（10分钟）

目标：让学生了解热力学第一定律的基本概念、组成部分和原理。

过程：

讲解热力学第一定律的定义，包括其主要组成元素或结构。

详细介绍热力学第一定律的组成部分或功能，使用图表或示意图帮助学生理解。

3.热力学第一定律案例分析（20分钟）

目标：通过具体案例，让学生深入了解热力学第一定律的特性和重要性。

过程：

选择几个典型的热力学第一定律案例进行分析。

详细介绍每个案例的背景、特点和意义，让学生全面了解热力学第一定律的多样性或复杂性。

引导学生思考这些案例对实际生活或学习的影响，以及如何应用热力学第一定律解决实际问题。

4.学生小组讨论（10分钟）

目标：培养学生的合作能力和解决问题的能力。

过程：

将学生分成若干小组，每组选择一个与热力学第一定律相关的主题进行深入讨论。

小组内讨论该主题的现状、挑战以及可能的解决方案。

每组选出一名代表，准备向全班展示讨论成果。

5.课堂展示与点评（15分钟）

目标：锻炼学生的表达能力，同时加深全班对热力学第一定律的认识和理解。

过程：

各组代表依次上台展示讨论成果，包括主题的现状、挑战及解决方案。

其他学生和教师对展示内容进行提问和点评，促进互动交流。

教师总结各组的亮点和不足，并提出进一步的建议和改进方向。

6.课堂小结（5分钟）

目标：回顾本节课的主要内容，强调热力学第一定律的重要性和意义。

过程：

简要回顾本节课的学习内容，包括热力学第一定律的基本概念、组成部分、案例分析等。

强调热力学第一定律在现实生活或学习中的价值和作用，鼓励学生进一步探索和应用热力学第一定律。

布置课后作业：让学生撰写一篇关于热力学第一定律的短文或报告，以巩固学习效果。六、拓展与延伸1.提供与本节课内容相关的拓展阅读材料：

-《热力学第一定律的应用与实例》

-《内能的概念及其在现实生活中的应用》

-《做功和热传递对内能的影响》

2.鼓励学生进行课后自主学习和探究：

-让学生通过查阅资料或上网搜索，了解热力学第一定律在现实生活中的应用实例，并撰写一篇短文进行阐述。

-组织学生进行小实验，验证热力学第一定律的应用，例如通过热传递或做功的方式改变物体的内能，并记录实验过程和结果。

-引导学生思考热力学第一定律与其他学科知识之间的联系，例如与化学、生物学等学科的相关知识进行整合和应用。

-鼓励学生参与学术讨论或研究项目，深入探究热力学第一定律的原理和应用，提高学生的科研能力和创新能力。七、内容逻辑关系-重点知识点：热力学第一定律的表述“能量不能被创造或消灭，只能从一种形式转化为另一种形式，在转化或转移过程中，能量的总量保持不变。”

-重点词：能量、转化、转移、能量总量、保持不变

-重点句：热力学第一定律说明了能量在转化或转移过程中的守恒性质。

2.内能的概念及其影响因素

-重点知识点：内能的定义，内能的计算，做功和热传递对内能的影响。

-重点词：内能、分子动能、分子势能、做功、热传递

-重点句：内能是物体内部所有分子热运动的动能和分子势能的总和，做功和热传递可以改变物体的内能。

3.热力学第一定律的应用

-重点知识点：热力学第一定律在现实生活中的应用实例，如热机、空调等。

-重点词：热机、空调、能量转化、能效

-重点句：热力学第一定律的应用可以帮助我们理解和设计热机、空调等设备，提高能效和能源利用效率。

板书设计：

①热力学第一定律的基本概念和表述

-能量不能被创造或消灭，只能从一种形式转化为另一种形式，在转化或转移过程中，能量的总量保持不变。

②内能的概念及其影响因素

-内能：物体内部所有分子热运动的动能和分子势能的总和

-做功和热传递：改变物体的内能的方式

③热力学第一定律的应用

-热力学第一定律的应用实例：热机、空调等

-提高能效和能源利用效率：热力学第一定律的应用的目标八、教学评价与反馈1.课堂表现：

-观察学生在课堂上的参与程度，是否有积极提问、回答问题的情况。

-评估学生对热力学第一定律的基本概念和表述的理解程度，是否能准确描述能量的转化和守恒。

-评价学生在小组讨论中的合作能力和交流沟通能力，是否能有效地与他人共同探讨问题。

2.小组讨论成果展示：

-评估各小组在进行案例分析时的深度和广度，是否能够全面分析案例的背景、特点和意义。

-评价学生是否能将热力学第一定律的应用与现实生活相结合，提出创新的解决方案。

-观察学生在小组讨论中的表现，是否能积极主动地参与讨论，并提出有价值的观点。

3.随堂测试：

-通过随堂测试评估学生对热力学第一定律的理解和应用能力，包括理论知识的掌握和实际问题的解决。

-检测学生对内能的概念及其影响因素的掌握程度，是否能正确计算和解释内能的变化。

-评估学生对热力学第一定律在现实生活中的应用实例的了解，是否能正确识别和描述。

4.课后作业：

-评估学生对课后作业的完成质量，是否能按照要求撰写关于热力学第一定律的短文或报告。

-检查学生是否能通过作业巩固所学知识，并提出自己的思考和见解。

5.教师评价与反馈：

-针对学生在课堂表现、小组讨论、随堂测试和课后作业中的表现，给予及时的反馈和鼓励。

-指出学生在学习过程中可能存在的问题和不足，并提供改进的建议。

-鼓励学生继续努力，培养他们对物理学科的兴趣和热情。课后作业1.请用热力学第一定律解释为什么水在100°C沸腾，而油在200°C沸腾。

2.一个物体从10°C加热到50°C，如果加热过程中只通过热传递，没有做功，那么物体的内能是如何变化的？

3.一台热机在理想情况下，对外做功1000J，同时从高温热源吸收了2000J的热量。请计算这台热机的效率。

4.请用热力学第一定律解释为什么冰融化时温度不变。

5.一个物体在恒温环境中做功，同时从另一个恒温环境吸收热量。请判断物体的内能是增加还是减少，并解释原因。

答案：

1.水在100°C沸腾，而油在200°C沸腾，这是因为水的沸点低于油。热力学第一定律告诉我们，内能的变化可以通过做功和热传递来实现。水的内能在沸腾过程中通过热传递从环境吸收热量，同时做功将内能转化为水的动能和势能，使得水从液态变为气态。油的沸点高于水，因此在相同的温度下，水先沸腾。

2.一个物体从10°C加热到50°C，如果加热过程中只通过热传递，没有做功，那么物体的内能会增加。热力学第一定律告诉我们，内能的变化可以通过热传递来实现。在这个例子中，物体从热源吸收热量，导致物体的内能增加。

3.一台热机在理想情况下，对外做功1000J，同时从高温热源吸收了2000J的热量。这台热机的效率可以通过公式效率=做功/吸收的热量计算得出。将给定的数据代入公式，得到效率=1000J/2000J=0.5，即这台热机的效率为50%。

4.冰融化时温度不变，这是因为冰融化过程中内能的增加是通过热传递实现的。热力学第一定律